Цифровой электроизмерительный прибор

       

средство измерений, в к-ром значение измеряемой электрич. величины представляется в виде числа на отсчётном устройстве. Применяется для измерений практически всех электрич. величин (напряжения, тока, сопротивления, ёмкости, индуктивности и др.), а также неэлектрич. величин (давления, темп-ры, скорости и др.), предварительно преобразованных в электрические. Как правило, Ц. э. п. одновременно выполняет ф-цию аналого-цифрового преобразователя, преобразуя измеряемую величину в выходной код — совокупность дискретных (импульсных) электрических сигналов, что позволяет регистрировать показания Ц. э. п. цифропечатающим устройством, передавать их на расстояние, вводить в вычислительное устройство.

Измерение при помощи Ц. э. п. сопровождается квантованием измеряемой величины по уровню (шаг квантования определяется значением наименьшего десятичного разряда представляемого числа) и её дискретизацией во времени (шаг определяется длительностью цикла одного преобразования). Структурно большинство Ц. э. п. состоит из след. частей: измерит. цепи, выполняющей необходимые аналоговые преобразования измеряемой величины (мост измерительный, измерит. усилитель, преобразователь напряжения во временной интервал и др.); аналого-цифрового преобразователя и отсчётного устройства, в к-ром кодированный сигнал преобразуется в соответствующее число.

Ц. э. п. различают по принципу аналого-цифрового преобразования. Наиболее распространены след. два вида Ц. э. п.

1) Последовательного счёта, в к-ром аналоговая измеряемая величина преобразуется в пропорц. число импульсов (число-импульсный код) и затем в др., обычно двоично-десятичный, код. Преобразование в число-импульсный код осуществляется на основе сравнения измеряемой или пропорциональной ей аналоговой величины с известной однородной ступенчато-равномерно возрастающей величиной. Размер ступени определяет шаг квантования. Кол-во импульсов число-импульсного кода равно кол-ву ступеней до момента установления равенства (с точностью до шага квантования) измеряемой и ступенчато изменяющейся величин. По такому принципу работают Ц. э. п. для измерения частоты, фазы, интервалов времени, а также величин, преобразованных в эти параметры (напр., время-импульсные вольтметры).

2) Поразрядного уравновешивания, в к-ром код формируется на основе сравнения измеряемой величины с известной однородной величиной, изменяющейся ступенчато-неравномерно по определ. запрограммированному закону. Ступенчатое изменение уравновешивающей величины аналогично изменению массы гирь в процессе уравновешивания весов. Сформированный код определяется набором разновеликих ступеней уравновешивающей величины, сумма к-рых отличается от значения измеряемой величины не более чем на значение наименьшей для данного Ц. э. п. ступени. По такому принципу действует большинство Ц. э. п. для измерений напряжения, тока, сопротивления. Диапазоны измеряемых величин и наименьшие пределы допускаемых значений осн. погрешности в % от верхнего предела измерений характеризуются, соответственно, след. данными: напряжение пост. тока от 0,1 мкВ до 1000 В, 0,001%; напряжение перем. тока от 10 мкВ до 1000 В, 0,05% ; частотный диапазон 45—105Гц; сопротивление от 10-3 до 1010 Ом, 0,01 % ; частота от 10-1 Гц до 500 МГц, 10-7'%; ёмкость от 10-7 до 102 мкФ, 0,02%; индуктивность от 10-5 до 102 Гн, 0,05%; быстродействие до 106 преобразований/с. Технические требования к Ц. э. п. стандартизованы в ГОСТе 22261—76, термины и определения — в ГОСТе 13607—68.

ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА, НАПРЯЖЕНИЯ И МОЩНОСТИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ § 17. Выбор измерительных приборов и включение их в проверяемую электрическую цепь

Рис. 78. Электрическая цепь: а —без измерительных приборов, б — с включенными приборами для измерения тока, напряжения и мощности Рассмотрим простейшую электрическую цепь (рис. 78, а), в которой нагрузка (сопротивление rн) подключена к зажимам источника питания с напряжением U. Режим, работы этой цепи характеризуется силой тока /, протекающего по ней, напряжением U на нагрузке и мощностью Р. Для их измерения в проверяемую цепь включены соответствующие электроизмерительные приборы: амперметр А и токовая катушка ваттметра W последовательно с нагрузкой, а вольтметр V и катушка напряжения ваттметра W — параллельно нагрузке (рис. 78, б). Следует иметь в виду, что только при правильном выборе электроизмерительных приборов и их включении в проверяемую цепь возможно с достаточной точностью измерить соответствующие величины. При пусконаладочных работах используют обычно переносные приборы класса точности 0,5—1 и лишь в отдельных случаях, например при измерении параметров и характеристик электрических машин, электроизмерительные приборы повышенной точности. Для измерения в цепях постоянного тока следует применять магнитоэлектрические приборы., имеющие равномерную шкалу, обладающие высокой точностью и стабильностью показаний и не подверженные влиянию внешних магнитных полей. Для измерения силы тока и напряжения в цепях переменного тока, как правило, используют электромагнитные приборы, а для измерения мощности — электродинамические или ферродинамические ваттметры. Необходимо оценивать порядок измеряемой величины и подбирать прибор на такой предел измерения, чтобы показания его можно было снимать в конце шкалы или во второй ее половине. Нужно помнить, что любой электроизмерительный прибор имеет определенное электрическое сопротивление и, будучи включенным в электрическую цепь, потребляет некоторую мощность. Следовательно, включение электроизмерительных приборов в проверяемую электрическую цепь в какой-то мере изменяет ее параметры и режимы, а сами измерительные приборы покажут не действительные величины, определяющие режим работы проверяемой цепи, а характеризующие режим работы уже другой электрической цепи, образованной после включения в нее электроизмерительных приборов. Допустим, что общее сопротивление амперметра и токовой катушки ваттметра в электрической цепи (см. рис. 78) только на порядок (в 10 раз) меньше сопротивления нагрузки rн. Тогда сила тока в этой цепи уменьшится за счет включения в нее приборов в 1,1 раза (почти на 10%). Такого же результата следует ожидать в этом случае и от измерения силы тока в проверяемой цепи, т. е. ошибка измерения составит 10% независимо от того, какого класса точности будет взят амперметр. Особенно внимательно следует относиться к подбору электроизмерительных приборов при измерениях в высокоомных цепях, например, в различных электронных схемах, сопротивление отдельных цепей которых составляет сотни тысяч и даже миллионы Ом, в то время как сопротивление многих магнитоэлектрических вольтметров на пределе измерения 100—300 В составляет порядка 100 000 Ом, а электродинамических приборов— 10000 Ом. Таким образом, во избежание больших ошибок при измерениях надо выбирать приборы с внутренним сопротивлением, по крайней мере на два порядка (в 100 раз) меньшим для токовых обмоток и большим для обмоток напряжения по сравнению с сопротивлением нагрузки проверяемой цепи. При подборе приборов следует обращать внимание на условные обозначения на их шкалах, характеризующие как сами приборы, так и условия их эксплуатации.

55. Измерение параметров электрических цепей. Измерение неэлектрических величин.

Измерение параметров электрических цепей

Измерением называют нахождение значения физической величины опытным путем, с помощью специальных технических средств – измерительных приборов.

Таким образом, измерение – это информационный процесс получения опытным путем численного отношения между данной физической величиной и некоторым ее значением, принятым за единицу сравнения.

Результат измерения – именованной число, найденное путем измерения физической величины. Одна из основных задач измерения – оценка степени приближения или разности между истинным и действительным значениями измеряемой физической величины – погрешности измерения.

Основными параметрами электрических цепей являются: сила тока, напряжение, сопротивление, мощность тока. Для измерения этих параметров используют электроизмерительные приборы.

Измерение параметров электрических цепей осуществляется двумя способами: первый – прямой метод измерения, второй – косвенный метод измерения.

Прямой метод измерения подразумевает получения результата непосредственно из опыта. Косвенным измерением называют измерение, при котором искомая величина находится на основании известной зависимости между этой величиной и величиной, полученной в результате прямого измерения.

Электроизмерительные приборы – класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин. В группу электроизмерительных приборов входят также кроме собственно измерительных приборов и другие средства измерений – меры, преобразователи, комплексные установки.

Электроизмерительные приборы классифицируются следующем образом: по измеряемой и воспроизводимой физической величине (амперметр, вольтметр, омметр, частометр и др.); по назначению (измерительные приборы, меры, измерительные преобразователи, измерительные установки и системы, вспомогательные устройства); по способу предоставления результатов измерений (показывающие и регистрирующие); по методу измерений (приборы непосредственно оценки и приборы сравнения); по способу применения и по конструкции (щитовые, переносные и стационарные); по принципу действия (электромеханические – магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, ферродинамические, индукционные, магнитодинамические; электронные; термоэлектрические; электрохимические).

В данном реферате я постараюсь рассказать об устройстве, принципе действия, дать описание и краткую характеристику электроизмерительным приборам электромеханического класса.

Измерение силы тока

Амперметр – прибор для измерения силы тока в амперах (рис.1). Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи (рис.2) , силу тока в котором измеряют; для увеличения предела измерений — с шунтом или через трансформатор.

Наиболее распространены амперметры, в которых движущаяся часть прибора со стрелкой поворачивается на угол, пропорциональной величине измеряемого тока.

Амперметры бывают магнитоэлектрическими, электромагнитными, электродинамическими, тепловыми, индукционными, детекторными, термоэлектрическими и фотоэлектрическими.

Магнитоэлектрическими амперметрами измеряют силу постоянного тока; индукционными и детекторными — силу переменного тока; амперметры других систем измеряют силу любого тока. Самыми точными и чувствительными являются магнитоэлектрические и электродинамические амперметры.

Принцип действия магнитоэлектрического прибора основан на создании крутящего момента, благодаря взаимодействию между полем постоянного магнита и током, который проходит через обмотку рамки. С рамкой соединена стрелка, которая перемещается по шкале. Угол поворота стрелки пропорционален силе тока.

Электродинамические амперметры состоят из неподвижной и подвижной катушек, соединённых параллельно или последовательно. Взаимодействия между токами, которые проходят через катушки, вызывает отклонения подвижной катушки и соединённой с нею стрелки. В электрическом контуре амперметр соединяется последовательно с нагрузкой, а при высоком напряжении или больших токах — через трансформатор.

Измерение напряжения

Вольтметр - измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в электрических цепях (рис. 3). Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии (рис.4).

По принципу действия вольтметры разделяются на: электромеханические — магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, выпрямительные, термоэлектрические; электронные — аналоговые и цифровые. По назначению: постоянного тока; переменного тока; импульсные; фазочувствительные; селективные; универсальные. По конструкции и способу применения: щитовые; переносные; стационарные. Технические данные некоторых отечественных вольтметров, милливольтметров магнитоэлектрической, электродинамической, электромагнитной, а также тепловой систем представлены в таблице 2.

Таблица 2. Вольтметры и милливольтметры

Система прибора	Тип прибора	Класс точности	Пределы измерения
Электродинамическая	Д121	0,5	150-250 В
	Д567	0,5	15-600 В
Магнитоэлектрическая	М109	0,5	3-600 В
	М250	0,5	3; 50; 200; 400 В
	М45М	1,0	75 мВ;
			75-0-75 мВ
			75-15-750-1500 мВ
	М109	0,5	10-3000 мВ
Электростатическая	С50/1	1,0	30 В
	С50/5	1,0	600 В
	С50/8	1,0	3 кВ
	С96	1,5	7,5-15-30 кВ
Электромагнитная	Э515/3	0,5	75-600 В
	Э515/2	0,5	7,5-60 В
	Э512/1	0,5	1,5-15 В
С электронным преобразователем	Ф534	0,5	0,3-300 В
Тепловая	Е16	1,5	0,75-50 В

Комбинированные приборы магнитоэлектрической системы

Для измерения в цепях постоянного тока используются комбинированные приборы магнитоэлектрической системы ампер-вольметры. Технические данные о некоторых типах приборов приведены в таблице 3.

Таблица 3. Комбинированные приборы магнитоэлектрической системы.

Наименование	Тип	Класс точности	Пределы измерения
Милливольт-миллиамперметр	М82	0,5	15-3000 мВ; 0,15-60 мА
Вольтамперметр	М128	0,5	75 мВ-600 В; 5; 10; 20 А
Ампервольтметр	М231	1,5	75-0-75 мВ; 100-0-100 В; 0,005-0-0,005 А; 10-0-10 А
Вольтамперметр	М253	0,5	15 мВ-600 В; 0,75 мА-3 А
Милливольт-миллиамперметр	М254	0,5	0,15-60 мА; 15-3000 мВ
Микроампервольтметр	М1201	0,5	3-750 В; 0,3-750 мкА
Вольтамперметр	М1107	0,2	45 мВ-600 В; 0,075 мА-30 А
Миллиампервольтметр	М45М	1	7,5-150 В; 1,5 мА
Вольтомметр	М491	2,5	3-30-300-600 В; 30-300-3000 кОм
Ампервольтомметр	М493	2,5	3-300 мА; 3-600 В; 3-300 кОм
Ампервольтомметр	М351	1	75 мВ-1500 В; 15 мкА-3000 мА; 200 Ом-200 Мом

Технические данные о комбинированных приборах – ампервольметрах и ампервольтваттметрах для измерения напряжения и тока, а также мощности в цепях переменного тока.

Комбинированные переносные приборы для измерения в цепях постоянного и переменного токов обеспечивают измерение постоянных и переменных токов и сопротивлений, а некоторые – также емкость элементов в весьма широком диапазоне, отличаются компактностью, имеют автономное питание, что обеспечивает их широкое применение. Класс точности этого типа приборов на постоянном токе 2,5; на переменном – 4,0.

 

Универсальные электронные измерительные приборы

Универсальные измерительные приборы (универсальные вольтметры) находят широкое применение для измерения электрических величин. Эти приборы позволяют, как правило, измерять в исключительно широких пределах переменные и постоянные напряжения и токи, сопротивления, в некоторых случаях частоту сигналов. В литературе их часто называют универсальными вольтметрами, в силу того, что любая измеряемая приборами величина так или иначе преобразуется в напряжение, усиливается широкополосным усилителем. Приборы имеют стрелочную шкалу (прибор электромеханического типа), либо дисплей с жидкокристаллическим индикатором, в некоторых приборах имеются встроенные программы, обеспечивается математическая обработка результатов.

Сведения о некоторых типах современных отечественных универсальных приборов приведены в таблице 4.

Таблица 4. Универсальные измерительные приборы

Тип прибора	Пределы измеряемых величин, дополнительные функции	Дополнительные сведения
В7-21А	1 мкВ-1 000 В, 10 пА-10 А, 0,01 Ом-12 Мом, частота до 20 КГц	вес 5,5 кг
В7-34А	1 мкВ-1 000 В, 1 мОм – 10 Мом, погрешность 0,02%	вес 10 кг
В7-35	0,1 мВ-1000 В, 0,1 мкВ-10 А, 1 Ом-10 МОм, до 100 МГц	батарейное питание вес 2 кг
В7-36	0,1 мВ-1 000 В, 1 мкА-10 А, 1 Ом-10 МОм, до 1 ГГц	Стрелочный , батарейное питание

К универсальным приборам прилагаются аксессуары:

1.         Пробник для измерения переменного напряжения в диапазоне 50 кГц-1 ГГц для расширения переменного напряжения всеми универсальными вольтметрами и мультиметрами.

2.         Делитель постоянного напряжения высоковольтный до 30 кВ 1 : 1000. В таблице 5 приведены технические данные универсального В3-38В.

Таблице 5. Технические данные цифрового милливольтметра В3-38В

Характеристики	Параметры	Значение
Переменное напряжение	Диапазон напряжений Предел измерения	10 мкВ…300 В 1 мВ/… /300 В (12 п/диапазонов, шаг 1-3)
	Диапазон частоты	Нормальная область: 45 Гц… 1 МГц Рабочие области: 20 Гц … 45 Гц; 1 МГц-3 МГц; 3 МГц-5 Мгц
	Погрешность измерения Дополнительная погрешность Время установления показаний	±2% (для гармонических колебаний) ±1/3хКг, при Кг 20% (для негармонических колебаний) ≤3 с
	Максимальное входное напряжение Входной импеданс	600 В (250 В постоянная составляющая) 4 МОм/25 пФ на пределах 1 мВ/… /300 мВ 5 МОм/15пФ на пределах 1 В/…/300 В
Преобразователь напряжения	Выходное напряжение Погрешность преобразования Выходное сопротивление	(1000±20) мВ ±2% 1 кОм
Широкополосный усилитель	Максимальное выходное напряжение	(100±20) мВ
Дисплей	Тип индикаторов Формат индикации	ЖК – индикатор 3 ½ разряда
Общие данные	Напряжение питания Габаритные данные Масса	220 В ± 10%, 50 Гц 155х209х278 мм 2,5 кг

Универсальные вольтметры с жидкокристаллической индикацией результатов измерения постоянного и переменного токов и напряжений, сопротивление по 2/4 проводной схеме, частоты и периоды, измерение среднеквадратичного значения переменного тока и напряжения произвольной формы.

Кроме того, при наличии сменных термодатчиков приборы обеспечивают измерение температуры от -200 до +1110 ⁰С, измерение мощности, относительных уровней (дБ), запись/считывание до 200 результатов измерений, автоматический или ручной выбор пределов измерений, встроенную программу тестового контроля, музыкальный звуковой контроль.

Измерение неэлектрических величин